KR101715709B1 - Noise reduction of breathing signals - Google Patents

Noise reduction of breathing signals Download PDF

Info

Publication number
KR101715709B1
KR101715709B1 KR1020127003028A KR20127003028A KR101715709B1 KR 101715709 B1 KR101715709 B1 KR 101715709B1 KR 1020127003028 A KR1020127003028 A KR 1020127003028A KR 20127003028 A KR20127003028 A KR 20127003028A KR 101715709 B1 KR101715709 B1 KR 101715709B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
signal
spectral
time
gain function
frequency
Prior art date
Application number
KR1020127003028A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20120034777A (en
Inventor
르네 마르티너스 마리아 데르크
Original Assignee
코닌클리케 필립스 엔.브이.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 코닌클리케 필립스 엔.브이. filed Critical 코닌클리케 필립스 엔.브이.
Publication of KR20120034777A publication Critical patent/KR20120034777A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101715709B1 publication Critical patent/KR101715709B1/en

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B7/00Instruments for auscultation
    • A61B7/003Detecting lung or respiration noise
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/08Detecting, measuring or recording devices for evaluating the respiratory organs
    • A61B5/0803Recording apparatus specially adapted therefor
    • GPHYSICS
    • G10MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
    • G10LSPEECH ANALYSIS TECHNIQUES OR SPEECH SYNTHESIS; SPEECH RECOGNITION; SPEECH OR VOICE PROCESSING TECHNIQUES; SPEECH OR AUDIO CODING OR DECODING
    • G10L21/00Speech or voice signal processing techniques to produce another audible or non-audible signal, e.g. visual or tactile, in order to modify its quality or its intelligibility
    • G10L21/02Speech enhancement, e.g. noise reduction or echo cancellation
    • G10L21/0208Noise filtering
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2562/00Details of sensors; Constructional details of sensor housings or probes; Accessories for sensors
    • A61B2562/02Details of sensors specially adapted for in-vivo measurements
    • A61B2562/0204Acoustic sensors
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61MDEVICES FOR INTRODUCING MEDIA INTO, OR ONTO, THE BODY; DEVICES FOR TRANSDUCING BODY MEDIA OR FOR TAKING MEDIA FROM THE BODY; DEVICES FOR PRODUCING OR ENDING SLEEP OR STUPOR
    • A61M2230/00Measuring parameters of the user
    • A61M2230/40Respiratory characteristics

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Pulmonology (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Physiology (AREA)
  • Computational Linguistics (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Audiology, Speech & Language Pathology (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
  • Soundproofing, Sound Blocking, And Sound Damping (AREA)

Abstract

본 발명은 호흡 신호들을 프로세싱하는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 잡음 감소 연산이 출력 스펙트럼 신호(38)를 계산하기 위해 스펙트럼 호흡 신호(18)에 대해 수행되고, 상기 잡음 감소 연산은 스펙트럼 감산을 사용하고, 잡음 감소 연산 수행 단계의 스펙트럼 감산에서 사용된 이득 함수(30)의 2차원 주파수 및 시간 필터링(32), 예를 들어, 이득 함수의 2차원 주파수 및 시간 중간 필터링이 수행된다. 예를 들어, 상기 스펙트럼 호흡 신호는 호흡 신호에 기초하여 계산된다.The present invention relates to a system and method for processing respiratory signals. A noise reduction operation is performed on the spectral respiration signal 18 to compute an output spectral signal 38, which noise reduction operation uses a spectral subtraction and a gain function < RTI ID = 0.0 > Dimensional frequency and temporal filtering of the gain function, e. G., Two-dimensional frequency and temporal filtering of the gain function, is performed. For example, the spectral respiration signal is calculated based on the respiration signal.

Figure R1020127003028
Figure R1020127003028

Description

호흡 신호들의 잡음 감소{NOISE REDUCTION OF BREATHING SIGNALS}{NOISE REDUCTION OF BREATHING SIGNALS}

본 발명은 호흡 신호들(breathing signals), 특히, 음향 호흡 신호들을 프로세싱하는 분야에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는, 호흡 신호들을 프로세싱하는 방법 및 호흡 신호들을 프로세싱하는 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to the field of processing breathing signals, in particular, acoustic breathing signals, and more particularly, to a method of processing breathing signals and a system for processing breathing signals.

호흡 신호 또는 호흡 신호(respiratory signal) 및 호흡률은 기본적인 바이탈 사인(vital sign)들이다. 예를 들어, 호흡률은 측정된 호흡 파형들로부터 획득될 수도 있다. 예를 들어, 호흡 파형 신호들은 호흡이 측정될 사람에게 외부에 부착된 센서 전극을 통해 생성된다. 호흡 파형은 또한 심전도(ECG) 파형으로부터 유도될 수도 있다.Respiratory signals or respiratory signals and respiratory rates are basic vital signs. For example, respiration rate may be obtained from measured respiratory waveforms. For example, respiratory waveform signals are generated through sensor electrodes externally attached to the person to be respirated. The breathing waveform may also be derived from an electrocardiogram (ECG) waveform.

US 6 290 654 B1은 호흡하는 환자의 호흡 패턴을 검출하는 장치를 개시한다. 호흡 또는 코고는 사운드를 감지하기 위해 대기 마이크로폰(aerial microphone)이 활용된다. 환자의 신체로부터의 가청 사운드 신호들은 마이크로폰 및 환자의 목에 위치된 다른 기관 마이크로폰에 의해 전기 신호들로 변환되고, 이 전기 신호들은 A/D 컨버터에 공급된다. 각각의 A/D 컨버터로부터의 출력은 각각이 지연의 1 샘플링 주기에 의해 표현되는 지연 라인 엘리먼트들의 세트, 및 조정가능한 계수들의 대응하는 세트로 이루어진 적응형 선형 필터를 사용하여 배경 잡음을 억제하는 능동 잡음 소거 유닛에 공급된다. 적응형 선형 필터의 출력은 센서 출력으로부터 감산된다. 결과적인 출력이 전체 출력의 평균 제곱값을 최소화시키기 위해 적응형 선형 필터에서 탭 가중치들을 조정하도록 사용된다. 기관 마이크로폰으로부터의 신호 잡음은 대기 마이크로폰으로부터의 신호 잡음과 유사한 방식으로 취급된다. 신호들은 대역 통과 필터링되어 기류 파형 생성 유닛의 추정된 볼륨에 공급된다.US 6 290 654 B1 discloses a device for detecting the breathing pattern of a breathing patient. An aerial microphone is used to sense breathing or snoring sounds. Audible sound signals from the patient ' s body are converted into electrical signals by the microphone and other organ microphones located in the patient ' s neck, and these electrical signals are supplied to the A / D converter. The output from each A / D converter is coupled to a set of delay line elements, each of which is represented by one sampling period of delay, and an active linear filter that uses an adaptive linear filter consisting of a corresponding set of adjustable coefficients Is supplied to the noise cancellation unit. The output of the adaptive linear filter is subtracted from the sensor output. The resulting output is used to adjust the tap weights in the adaptive linear filter to minimize the mean squared value of the total output. The signal noise from the engine microphone is handled in a manner similar to the signal noise from the atmospheric microphone. The signals are band-pass filtered and supplied to the estimated volume of the airflow waveform generation unit.

사람에게 부착된 마이크로폰들 또는 센서 전극들의 배치를 요구하는 측정은 현실적으로 눈에 띄고 사람에게 불편하다. 구체적으로, 이것은 수면중인 사람의 호흡 신호들이 프로세싱되어야 할 때 중요하다.Measurements that require the placement of microphones or sensor electrodes attached to a person are realistically visible and uncomfortable to humans. Specifically, this is important when the respiratory signals of the sleeping person are to be processed.

따라서, 호흡하는 사람으로부터 먼 거리에 위치된 마이크로폰에 의해 캡처된 호흡 신호들을 프로세싱할 수 있는 것이 바람직하다.It is therefore desirable to be able to process respiration signals captured by a microphone located a great distance from the person breathing.

예를 들어, 마이크로폰에 의해 호흡 신호들을 기록할 때, 마이크로폰은 호흡하는 사람 근처에, 예를 들어, 호흡하는 사람으로부터 50cm 이격되어 배치될 수도 있다. 그러나, 호흡으로부터 발생하는 음향 에너지가 일반적으로 매우 약하기 때문에, 신호 대 잡음비, 즉, 호흡 신호와 잡음 사이의 비율이 매우 낮을 수 있고, 이것은 신호로부터 호흡률과 같은 관련 호흡 파라미터를 추출하는 것을 어렵게 만든다.For example, when recording respiratory signals by a microphone, the microphone may be placed near the respirator, e.g., 50 cm away from the respirator. However, since the acoustic energy resulting from breathing is generally very weak, the signal-to-noise ratio, i.e. the ratio between the breathing signal and the noise, can be very low, making it difficult to extract the relevant respiratory parameters such as respiration rate from the signal.

수면중인 사람으로부터 멀리서 음향 호흡 신호를 캡처할 때 호흡 파라미터를 결정하는 것을 용이하게 하기 위해 새로운 종류의 잡음 감소 연산을 수행할 수 있는 것이 바람직하다.It is desirable to be able to perform a new kind of noise reduction operation to facilitate determining respiratory parameters when capturing acoustic respiration signals away from the person sleeping.

마이크로폰 내부에 내장된 증폭기를 갖는 대부분의 마이크로폰들이 증폭기의 1/f-잡음으로 인해 저역 통과 특성을 나타내는 센서 잡음을 나타낸다는 것이 발견되었다. MEMS(micro-electromechanical system) 센서들과 같은 일부 마이크로폰들은 대략 60dB의 신호 대 잡음비(SNR), 즉, 신호 대 센서-잡음비를 갖는다. 그 밖에, 우수한 마이크로폰들은 70 내지 80dB의 SNR 범위를 가질 수도 있다.It has been found that most microphones with amplifiers built into the microphone exhibit sensor noise that exhibits low-pass characteristics due to the 1 / f-noise of the amplifier. Some microphones, such as micro-electromechanical system (MEMS) sensors, have a signal-to-noise ratio (SNR), or signal-to-noise ratio, of approximately 60 dB. In addition, good microphones may have an SNR range of 70 to 80 dB.

호흡 신호들을 프로세싱하는 방법 또는 시스템을 제공하는 것이 바람직하고, 이 방법 또는 시스템은 마이크로폰으로부터 센서 잡음을 감소시키는 것을 용이하게 한다.It is desirable to provide a method or system for processing respiratory signals, which method facilitates reducing sensor noise from the microphone.

이들 문제들 중 하나 이상을 더 양호하게 다루기 위해, 본 발명의 제 1 양태에서, 호흡 신호들을 프로세싱하는 방법이 제공되고, 이 방법은,In order to better address one or more of these problems, in a first aspect of the present invention, a method of processing respiratory signals is provided,

- 출력 스펙트럼 신호를 계산하기 위해 스펙트럼 호흡 신호에 대해 잡음 감소 연산을 수행하는 단계로서, 상기 잡음 감소 연산은 스펙트럼 감산을 사용하는, 상기 잡음 감소 연산을 수행하는 단계; 및Performing a noise reduction operation on the spectral respiration signal to compute an output spectral signal, the noise reduction operation using spectral subtraction; performing the noise reduction operation; And

- 잡음 감소 연산 수행 단계의 스펙트럼 감산에서 사용된 이득 함수의 2차원 주파수 및 시간 필터링을 수행하는 단계를 포함한다.Performing two-dimensional frequency and time filtering of the gain function used in the spectral subtraction of the noise reduction operation performing step.

예를 들어, 잡음 감소 연산은 이득 함수의 2차원 필터링을 수행하는 상기 단계를 포함한다.For example, the noise reduction operation includes the step of performing the two-dimensional filtering of the gain function.

예를 들어, 방법은,For example,

- 호흡 신호에 기초하여, 예를 들어, 시간 도메인에서의 호흡 신호에 기초하여 상기 스펙트럼 호흡 신호를 계산하는 단계를 더 포함한다.- calculating the spectral respiration signal based on the respiration signal, e.g. based on the respiration signal in the time domain.

예를 들어, 호흡 신호는 음향 호흡 신호이다. 예를 들어, 호흡 신호는 마이크로폰에 의해 캡처된 신호이다.For example, the breathing signal is an acoustic breathing signal. For example, a breathing signal is a signal captured by a microphone.

예를 들어, 스펙트럼 호흡 신호를 계산하는 단계는 고속 퓨리에 변환(FFT)을 포함한다.For example, calculating the spectral respiration signal includes a fast Fourier transform (FFT).

용어 "잡음 감소 연산"은, 스펙트럼 호흡 신호에 의해 표현된 신호에 포함된 잡음, 예를 들어, 센서 잡음을 감소시키는데 적합한 연산을 의미하는 것으로 이해되어야 한다.The term "noise reduction operation" should be understood to mean an operation suitable for reducing the noise contained in the signal represented by the spectral respiration signal, e.g., sensor noise.

용어 "필터링"은 평균, 중간 필터링 및 다른 필터링 알고리즘들을 포함하는 것으로서 이해되어야 한다.The term "filtering" should be understood to include average, median filtering, and other filtering algorithms.

스펙트럼 감산을 사용하는 잡음 감소 연산에서, 이하 더욱 상세히 설명되는 바와 같이 이득 함수가 사용된다.In a noise reduction operation using spectral subtraction, a gain function is used as described in more detail below.

일반적으로, 호흡은 시간에 따라 매우 느리게 증가하고 감소한다. 또한, 호흡 신호의 주파수 콘텐츠는 예를 들어, 스피치 신호들의 포먼트(formant)들에서 현저한 피크들 및 밸리(valley)들 등을 나타내지 않는다. 호흡 사운드들의 스펙트럼 특징들이 대략 2kHz까지의 관련 정보를 나타낸다는 것이 발견되었다. 매우 큰 피크들 및 밸리들을 나타내지 않는 호흡 신호의 시간-주파수 특징들에서 큰 영역이 존재하기 때문에, 바람직하게는 이득 함수의 2차원 주파수 및 시간 필터링이 적용될 수도 있다. 이에 의해, 호흡 신호의 수용불가능한 왜곡을 회피하면서 잡음 감소가 개선될 수 있다.In general, respiration increases and decreases very slowly over time. In addition, the frequency content of the respiration signal does not represent significant peaks and valleys, for example, in the formants of speech signals. It has been found that the spectral characteristics of breath sounds represent related information up to approximately 2 kHz. Since there is a large area in the time-frequency characteristics of the breathing signal that do not represent very large peaks and valleys, two-dimensional frequency and time filtering of the gain function may preferably be applied. Thereby, the noise reduction can be improved while avoiding unacceptable distortion of the breathing signal.

예를 들어, 이득 함수의 상기 2차원 주파수 및 시간 필터링은 2차원 주파수 및 시간 평균/중간 필터링, 즉, 평균 또는 중간 필터링이다. 일반적으로, 평균 또는 중간 필터링과 같은 필터 알고리즘들은 이상치(outlier)들을 제거하는데 특히 적합하다.For example, the two-dimensional frequency and time filtering of the gain function are two-dimensional frequency and time averaging / median filtering, i.e., mean or median filtering. In general, filter algorithms such as mean or median filtering are particularly suitable for eliminating outliers.

일 실시예에서, 이득 함수의 2차원 주파수 및 시간 필터링은 2차원 주파수 및 시간 중간 필터링이다. 중간 필터링은 특히, 관련 신호 부분들을 평활화하지 않고 이상치들을 다른 값들로 대체함으로써 이상치들의 제거를 허용한다는 점에서 바람직하다. 따라서, 잡음 감소 연산의 품질이 개선된다.In one embodiment, the two-dimensional frequency and time filtering of the gain function is two-dimensional frequency and time intermediate filtering. Intermediate filtering is particularly advantageous in that it allows the removal of outliers by replacing the outliers with other values without smoothing the relevant signal portions. Thus, the quality of the noise reduction operation is improved.

예를 들어, 방법은 시간 도메인으로의 출력 스펙트럼 신호의 변환에 기초하여 출력 신호를 제공하는 단계를 더 포함한다. 이것은 호흡 파라미터를 계산하는데 바람직할 수도 있다. 예를 들어, 시간 도메인으로의 출력 스펙트럼 신호의 변환은 역 고속 퓨리에 변환(IFFT)을 포함할 수도 있다.For example, the method further includes providing an output signal based on a transformation of the output spectral signal into the time domain. This may be desirable for calculating breathing parameters. For example, the conversion of the output spectrum signal to the time domain may include an inverse fast Fourier transform (IFFT).

예를 들어, 방법은 출력 스펙트럼 신호에 기초하여 적어도 하나의 호흡 파라미터를 계산하는 단계를 포함한다. 중요한 호흡 파라미터는 예를 들어, 호흡률이다. 예를 들어, 상기 적어도 하나의 호흡 파라미터는 출력 스펙트럼 신호를 시간 도메인으로 변환함으로써 획득된 상기 출력 신호에 기초하여 계산된다. 예를 들어, 적어도 하나의 호흡 파라미터는 수면 품질 파라미터이다. 따라서, 수면 품질이 결정될 수도 있다. 예를 들어, 수면중인 사람의 수면 품질은 결정되거나 추정될 수도 있고, 제어 신호가 수면 품질 추정에 기초하여 제공될 수도 있다. 예를 들어, 제어 신호는 온도, 조명 등과 같은 수면 환경의 외부 요인들을 제어하거나 그에 영향을 미치는 신호일 수도 있다. 예를 들어, 하나 이상의 제어 신호들이 수면중인 사람의 수면을 개선하거나 강화하기 위해 선택될 수도 있다. 다른 가능성은, 사람의 수면 품질이 너무 낮은 것으로, 예를 들어, 수면 품질 문턱값 아래로 추정될 때 사람을 기상시키는 제어 신호를 제공하는 것이다.For example, the method includes calculating at least one breathing parameter based on the output spectral signal. Important respiratory parameters are, for example, respiratory rates. For example, the at least one breathing parameter is calculated based on the output signal obtained by converting the output spectral signal into a time domain. For example, the at least one breathing parameter is a sleep quality parameter. Thus, sleep quality may be determined. For example, the sleep quality of a sleeping person may be determined or estimated, and a control signal may be provided based on a sleep quality estimate. For example, the control signal may be a signal that controls or influences external factors of the sleep environment, such as temperature, illumination, and the like. For example, one or more control signals may be selected to improve or enhance the sleep of the person being sleeping. Another possibility is to provide a control signal to awaken a person when the person's sleep quality is estimated to be too low, e.g., below the sleep quality threshold.

일 실시예에서, 스펙트럼 감산에서 사용된 이득 함수는 추정된 잡음 및 스펙트럼 호흡 신호에 기초하여 계산된 크기 스펙트럼 신호에 기초하여 계산된다. 예를 들어, 이득 함수를 계산하는 것은 추정된 잡음 스펙트럼을 절대값 스펙트럼 신호로 나누는 것을 포함한다. 그러나, 절대값 스펙트럼 신호 대신에, 예를 들어, 제곱 절대값, 즉, 거듭제곱(power) 스펙트럼 신호가 또한 사용될 수도 있다. 따라서, 이러한 경우에서, 이득 함수는 추정된 잡음 및 크기 스펙트럼 신호의 제곱에 기초하여 계산된다.In one embodiment, the gain function used in the spectral subtraction is calculated based on the magnitude spectrum signal calculated based on the estimated noise and spectral respiration signals. For example, calculating the gain function involves dividing the estimated noise spectrum into an absolute value spectral signal. However, instead of the absolute value spectral signal, for example, a squared absolute value, that is, a power spectral signal, may also be used. Thus, in this case, the gain function is calculated based on the squared estimated noise and magnitude spectrum signal.

예를 들어, 잡음 감소 연산은,For example,

- 스펙트럼 호흡 신호에 기초하여 크기 스펙트럼 신호를 계산하는 단계;Calculating a magnitude spectrum signal based on the spectral respiration signal;

- 추정된 잡음 및 크기 스펙트럼 신호에 기초하여 이득 함수를 계산하는 단계;Calculating a gain function based on the estimated noise and magnitude spectral signal;

- 이득 함수의 2차원 주파수 및 시간 필터링을 수행하는 단계; 및Performing two-dimensional frequency and time filtering of the gain function; And

- 스펙트럼 호흡 신호를 필터링된 이득 함수로 승산함으로써 출력 스펙트럼 신호를 계산하는 단계를 포함한다.And calculating an output spectral signal by multiplying the spectral respiration signal by a filtered gain function.

즉, 잡음 감소 연산은 이득 함수의 2차원 필터링을 수행하는 상기 언급한 단계를 포함한다. 따라서, 효율적인 잡음 감소 연산이 달성된다.That is, the noise reduction operation includes the aforementioned steps of performing the two-dimensional filtering of the gain function. Thus, an efficient noise reduction operation is achieved.

예를 들어, 잡음 감소 연산은 잡음을 추정하는 것을 포함하고, 상기 잡음의 추정은 크기 스펙트럼 신호의 여러 연속 블록들에 기초한 평균 연산을 포함하고, 상기 크기 스펙트럼 신호는 스펙트럼 호흡 신호에 기초하여 계산된다. 예를 들어, 크기 스펙트럼 신호는 여러 연속 블록들을 통해 평균될 수도 있다. 다르게는, 예를 들어, 크기 스펙트럼 신호의 제곱, 즉, 거듭제곱 스펙트럼 신호가 평균될 수도 있다. 따라서, 잡음이 정지형(stationary)이다는 선험적 지식이 사용된다. 이것은 예를 들어, 센서 잡음이 매우 정지형이기 때문에, 잡음이 마이크로폰의 센서 잡음에 의해 주로 결정되는 상황에서 특히 바람직하다. 예를 들어, 평균 연산은 각 주파수 빈(bin), 즉, 스펙트럼 신호 함수가 정의되는 개별 주파수들의 세트의 각 엘리먼트, 예를 들어, 특히, FFT의 주파수 빈들에 대해 수행된다. 예를 들어, 상기 연속 블록들의 수는 적어도 1초, 바람직하게는 적어도 3초, 특히 적어도 10초의 시간 주기에 대응한다. 따라서, 고품질의 잡음 플로어 추정이 달성될 수도 있다.For example, the noise reduction operation may include estimating noise, and the estimation of the noise includes an average operation based on several successive blocks of the magnitude spectrum signal, and the magnitude spectrum signal is calculated based on the spectral respiration signal . For example, the magnitude spectrum signal may be averaged over several successive blocks. Alternatively, for example, the square of the magnitude spectrum signal, i.e., the power spectrum signal, may be averaged. Therefore, a priori knowledge is used that the noise is stationary. This is particularly desirable in situations where, for example, the sensor noise is very stationary, and the noise is mainly determined by the sensor noise of the microphone. For example, an averaging operation is performed for each frequency bin, i. E., For each element of a set of discrete frequencies for which a spectral signal function is defined, e.g., frequency bins of the FFT in particular. For example, the number of contiguous blocks corresponds to a time period of at least 1 second, preferably at least 3 seconds, in particular at least 10 seconds. Thus, a high quality noise floor estimation may be achieved.

예를 들어, 이득 함수의 상기 2차원 주파수 및 시간 필터링은 적어도 0.05초, 더욱 바람직하게는 적어도 0.1초, 또는 더욱 더 바람직하게는 적어도 0.25초의 시간 스팬(time span)에 대응하는 필터 커널(filter kernel)로 수행된다.For example, the two-dimensional frequency and time filtering of the gain function may be performed using a filter kernel corresponding to a time span of at least 0.05 seconds, more preferably at least 0.1 seconds, or even more preferably at least 0.25 seconds. ).

예를 들어, 이득 함수의 상기 2차원 주파수 및 시간 필터링은 잡음 감소 연산에서 사용된 크기 스펙트럼 신호의 적어도 3개의 연속 블록들에 대응하는 필터 커널로 수행되고, 블록 사이즈는 예를 들어, 512개 샘플들이다. 더욱 바람직하게는, 블록들의 수는 적어도 5개, 또는 더욱 더 바람직하게는 적어도 7개이다. 따라서, 잡음 감소가 개선될 수도 있다.For example, the two-dimensional frequency and temporal filtering of the gain function is performed with a filter kernel corresponding to at least three consecutive blocks of the magnitude spectrum signal used in the noise reduction operation, and the block size may be, for example, 512 samples admit. More preferably, the number of blocks is at least five, or even more preferably at least seven. Thus, the noise reduction may be improved.

예를 들어, 이득 함수의 상기 2차원 주파수 및 시간 필터링은 적어도 40Hz, 더욱 바람직하게는 적어도 75Hz, 또는 더욱 더 바람직하게는 적어도 100Hz의 주파수 스팬(frequency span)에 대응하는 필터 커널로 수행된다. 예를 들어, 필터 커널은 적어도 250Hz의 주파수 스팬에 대응할 수도 있다. 예를 들어, 이득 함수의 상기 2차원 주파수 및 시간 필터링은 적어도 3개의 주파수 빈들, 더욱 바람직하게는 적어도 5개의 주파수 빈들, 또는 더욱 더 바람직하게는 적어도 7개의 주파수 빈들에 대응하는 필터 커널로 수행된다. 따라서, 센서 잡음이 효율적으로 제거될 수도 있다.For example, the two-dimensional frequency and time filtering of the gain function is performed with a filter kernel corresponding to a frequency span of at least 40 Hz, more preferably at least 75 Hz, or even more preferably at least 100 Hz. For example, the filter kernel may correspond to a frequency span of at least 250 Hz. For example, the two-dimensional frequency and time filtering of the gain function is performed with a filter kernel corresponding to at least three frequency bins, more preferably at least five frequency bins, or even more preferably at least seven frequency bins . Therefore, the sensor noise may be efficiently removed.

예를 들어, 방법은 적어도 4kHz, 바람직하게는 적어도 8kHz의 샘플링 주파수에서 호흡 신호를 샘플링하는 단계를 포함한다. 이러한 비교적 높은 샘플링 주파수의 사용은 호흡 사운드들의 스펙트럼 특징들이 2kHz까지의 관련 정보를 나타낸다는 점에서 바람직하다. 따라서, 잡음 감소가 개선될 수도 있다.For example, the method includes sampling the breathing signal at a sampling frequency of at least 4 kHz, preferably at least 8 kHz. The use of this relatively high sampling frequency is desirable in that the spectral characteristics of breath sounds represent relevant information up to 2 kHz. Thus, the noise reduction may be improved.

예를 들어, 방법은 출력 스펙트럼 신호에 기초하여 계산되는 출력 신호를 다운-샘플링하는 단계를 포함한다. 호흡 파라미터를 계산하기 위해 필요한 것보다 잡음 감소 연산을 위해 더 높은 샘플링 주파수를 사용하는 것은 개선된 잡음 감소를 허용한다. 예를 들어, 샘플링 주파수는 적어도 8kHz일 수도 있다. 또한, 높은 샘플링 주파수를 사용하는 것은 주파수 및 시간에서의 이득 함수의 2차원 필터링이 호흡 사운드들을 왜곡시키지 않고 수행되게 한다.For example, the method includes down-sampling an output signal that is calculated based on the output spectral signal. Using a higher sampling frequency for the noise reduction operation than needed to compute the breathing parameters allows for improved noise reduction. For example, the sampling frequency may be at least 8 kHz. Also, using a high sampling frequency allows two-dimensional filtering of the gain function at frequency and time to be performed without distorting breath sounds.

일 실시예에서, 방법은 이득 함수의 상기 2차원 주파수 및 시간 필터링에서 사용된 필터 커널의 필터 커널 폭 및/또는 필터 커널 길이를 조정하는 단계를 더 포함하고, 상기 조정하는 단계는 제 1 시간-주파수 영역에 포함된 신호 에너지와 잡음 에너지, 예를 들어, 이득 함수의 2차원 주파수 및 시간 필터링에 기초하여 획득된 신호의 제 2 시간-주파수 영역에 포함된 악음(musical tone)의 에너지 사이의 비율에 기초한다. 이러한 신호들은 예를 들어, 모두 필터링된 이득 함수에 의존하는 필터링된 이득 함수, 스펙트럼 출력 함수, 또는 출력 함수이다. 예를 들어, 상기 신호는 이득 함수의 2차원 주파수 및 시간 필터링에 의해 획득된 필터링된 이득 함수일 수도 있다. 예를 들어, 제 1 시간-주파수 영역은 제 1 주파수 범위 및 제 1 시간 범위로 구성되고, 제 2 시간-주파수 영역은 제 2 주파수 범위 및 제 2 시간 범위로 구성된다. 예를 들어, 제 1 주파수 범위는 낮은 주파수 범위이고, 제 2 주파수 범위는 높은 주파수 범위이다. 필터 커널 폭은 주파수-스팬에 대응하고, 필터 커널 길이는 필터 커널의 시간-스팬에 대응한다. 바람직하게는, 제 1 및 제 2 시간-주파수 영역들은 원하는 신호, 즉, 호흡 사운드의 에너지가 제 1 시간-주파수 영역에 포함된 에너지에 실질적으로 기여하도록 선택된다. 따라서, 이웃하지만 제 1 시간-주파수 영역 외부에 포함된 에너지, 및 특히, 적절하게 선택된 제 2 시간-주파수 영역에 포함된 에너지는 악음과 같은 잡음에 기인할 수도 있다.In one embodiment, the method further comprises adjusting the filter kernel width and / or the filter kernel length of the filter kernel used in the two-dimensional frequency and time filtering of the gain function, The ratio between the signal energy contained in the frequency domain and the energy of the noise energy, for example, the energy of the musical tone included in the second time-frequency domain of the acquired signal based on the two-dimensional frequency and time filtering of the gain function . These signals are, for example, a filtered gain function, a spectral output function, or an output function that is all dependent on the filtered gain function. For example, the signal may be a filtered gain function obtained by two-dimensional frequency and time filtering of the gain function. For example, the first time-frequency domain is comprised of a first frequency domain and a first time domain, and the second time-frequency domain is comprised of a second frequency domain and a second time domain. For example, the first frequency range is a low frequency range and the second frequency range is a high frequency range. The filter kernel width corresponds to the frequency-span, and the filter kernel length corresponds to the time-span of the filter kernel. Preferably, the first and second time-frequency regions are selected so that the desired signal, i.e., the energy of the breathing sound, contributes substantially to the energy contained in the first time-frequency region. Thus, the energy neighbors but contained outside the first time-frequency domain, and in particular the energy contained in the appropriately selected second time-frequency domain, may be due to noise such as a tone.

용어 "신호 에너지" 및 "잡음 에너지"는 신호 진폭의 절대값의 적분 제곱을 칭하고, 시간 도메인 또는 주파수 도메인에서 계산될 수도 있다. 즉, 용어 "잡음 에너지"는 잡음에 기인할 수 있는 것으로 가정된 신호 에너지를 의미하는 것으로서 이해되어야 한다.The terms "signal energy" and "noise energy" refer to the integral squared of the absolute value of the signal amplitude and may be computed in the time domain or frequency domain. That is, the term "noise energy" should be understood as meaning signal energy that is assumed to be attributable to noise.

예를 들어, 상기 조정하는 단계는 상기 함수의 제 1 시간-주파수 영역에 포함된 신호 에너지와 제 2 시간-주파수 영역에 포함된 잡음 에너지 사이의 비율을 최적화하는 단계를 포함한다.For example, the adjusting includes optimizing a ratio between signal energy included in a first time-frequency domain of the function and noise energy included in a second time-frequency domain.

예를 들어, 제 1 시간 범위는 상기 신호의 (로컬하게) 최대인 신호 에너지에 대응하거나 그것을 포함하도록 선택될 수도 있다.For example, the first time range may be selected to correspond to or include the (locally) maximum signal energy of the signal.

예를 들어, 상기 제 1 및 제 2 시간 범위들은 오버랩하지 않을 수도 있다. 예를 들어, 상기 제 1 및 제 2 시간 범위들은 연속 시간 범위들일 수도 있다. 예를 들어, 제 2 시간 범위는 제 1 시간 범위에 선행할 수도 있다.For example, the first and second time ranges may not overlap. For example, the first and second time ranges may be continuous time ranges. For example, the second time range may precede the first time range.

예를 들어, 필터 커널 폭 및/또는 필터 커널 길이는 예를 들어, 고정된 수의 주파수 빔들 또는 고정된 수의 시간-블록들에 의해 단계적으로 조정된다.For example, the filter kernel width and / or the filter kernel length are adjusted stepwise by, for example, a fixed number of frequency beams or a fixed number of time-blocks.

예를 들어, 상기 신호는 이득 함수의 2차원 주파수 및 시간 필터링에 기초하여 획득되고, 상기 필터링은, 테스트 필터 커널로 수행되고, 테스트 필터 커널의 폭 및/또는 길이는 이득 함수의 필터를 수행하는 단계에서 현재 사용된 필터 커널의 폭 및 길이 각각과 상이하다.For example, the signal is obtained based on two-dimensional frequency and time filtering of the gain function, the filtering is performed with a test filter kernel, and the width and / or length of the test filter kernel And the width and length of the filter kernels currently used in the step.

필터 커널 폭 및/또는 길이를 조정하는 것은 다음의 이유로 인해 바람직하다.Adjusting the filter kernel width and / or length is desirable for the following reasons.

호흡 신호들의 특징적 시간-주파수 패턴들은 시간 및 특정한 사람들을 통해 변할 수 있다. 예를 들어, 사람은 숨을 들이마시고 내쉴 수도 있으며, 여기서, 대부분의 호흡 에너지는 특정한 시간 스팬에 집중되고, 다른 사람에 대해, 호흡 에너지는 더 긴 시간 스팬을 통해 확산될 수도 있다. 유사하게는, 주파수 특징들이 상이한 사람들을 통해 또한 변할 수 있다. 사람들을 통한 차이점들 이외에, 시간에 따른 단일 사람의 호흡 신호의 시간-주파수 특징들에서 차이점이 또한 존재할 수 있다. 예를 들어, 사람이 감기에 걸렸을 때, 일반적으로, 호흡 프로세스는 코 대신에 입을 통해 발생하고, 시간-주파수 특징들은 변경될 가능성이 있다.The characteristic time-frequency patterns of respiration signals can vary over time and through certain people. For example, a person can breathe and breathe, where most of the breathing energy is concentrated at a particular time span, and for others, breathing energy may spread over a longer time span. Similarly, the frequency characteristics may also vary through different people. In addition to differences across people, there may also be differences in the time-frequency characteristics of a single person's respiration signal over time. For example, when a person has a cold, in general, the breathing process occurs through the mouth instead of the nose, and the time-frequency characteristics are likely to change.

스펙트럼 감산에 의해 야기된 악음들이 충분히 큰 커널 사이즈를 선택함으로써 최소화되거나 제거될 수도 있지만, 너무 큰 커널 사이즈는 주파수 스펙트럼 및/또는 시간에서 스미어링 아웃(smearing out)과 같은 호흡 사운드들의 왜곡을 야기할 수도 있다. 따라서, 필터 커널 폭 및/또는 필터 커널 길이를 조정하는 것은 잡음 감소를 개선할 수도 있고 호흡 사운드들의 왜곡을 최소화할 수도 있다.Although the musical tones caused by spectral subtraction may be minimized or eliminated by selecting a sufficiently large kernel size, too large a kernel size may cause distortion of breath sounds, such as smearing out in frequency spectrum and / or time It is possible. Thus, adjusting the filter kernel width and / or filter kernel length may improve noise reduction and minimize distortion of breath sounds.

본 발명의 다른 양태에서, 호흡 신호들을 프로세싱하는 시스템이 제공되고, 이 시스템은,In another aspect of the present invention, there is provided a system for processing respiratory signals,

- 스펙트럼 호흡 신호에 대해 잡음 감소 연산을 수행함으로써 출력 스펙트럼 신호를 계산하는 잡음 감소 유닛으로서, 상기 잡음 감소 연산은 스펙트럼 감산을 사용하는, 상기 잡음 감소 유닛; 및A noise reduction unit for calculating an output spectrum signal by performing a noise reduction operation on the spectral respiration signal, said noise reduction operation using spectral subtraction; And

- 상기 스펙트럼 감산에서 사용된 이득 함수의 2차원 주파수 및 시간 필터링을 수행하는 필터 유닛 또는 필터를 포함한다.- a filter unit or filter which performs two-dimensional frequency and time filtering of the gain function used in said spectral subtraction.

예를 들어, 시스템은 상술한 바와 같은 호흡 신호들을 프로세싱하는 방법을 수행하기 위해 구성될 수도 있다.For example, the system may be configured to perform a method of processing respiratory signals as described above.

예를 들어, 시스템은,For example,

- 호흡 신호, 즉, 시간 도메인에서의 호흡 신호에 기초하여 상기 스펙트럼 호흡 신호를 계산하는 스펙트럼 분석 유닛 또는 스펙트럼 분석기를 더 포함한다.A spectral analyzer or a spectrum analyzer for calculating the spectral respiration signal based on a respiration signal, i.e. a respiration signal in the time domain.

예를 들어, 호흡 신호는 스펙트럼 분석 유닛으로 입력된다. 예를 들어, 스펙트럼 호흡 신호를 포함하는 스펙트럼 분석 유닛의 출력은 잡음 감소 유닛으로 입력된다.For example, the breathing signal is input to a spectrum analyzing unit. For example, the output of the spectral analysis unit including the spectral respiration signal is input to a noise reduction unit.

예를 들어, 출력 스펙트럼 신호는 잡음 감소 유닛에 의해 출력된다. 예를 들어, 잡음 감소 유닛은 필터 유닛을 포함한다. 예를 들어, 필터 유닛은 이득 함수의 2차원 주파수 및 시간 중간 필터링을 수행하는 중간 필터링 유닛이다. 예를 들어, 스펙트럼 분석 유닛, 잡음 감소 유닛 및/또는 필터 유닛은 호흡 신호를 필터링하는 시스템의 스펙트럼 감산 유닛의 일부들이다.For example, the output spectrum signal is output by the noise reduction unit. For example, the noise reduction unit includes a filter unit. For example, the filter unit is an intermediate filtering unit that performs two-dimensional frequency and time-intermediate filtering of the gain function. For example, the spectral analysis unit, the noise reduction unit and / or the filter unit are part of a spectral subtraction unit of the system for filtering the respiration signal.

예를 들어, 시스템은 시간 도메인으로의 출력 스펙트럼 신호의 변환에 기초하여 출력 신호를 계산하는 합성 유닛을 더 포함한다.For example, the system further includes a combining unit for calculating an output signal based on the conversion of the output spectrum signal to the time domain.

예를 들어, 스펙트럼 분석 유닛의 출력은 잡음 감소 유닛의 입력에 커플링된다. 예를 들어, 잡음 감소 유닛의 출력은 합성 유닛의 입력에 커플링된다.For example, the output of the spectrum analyzing unit is coupled to the input of the noise reduction unit. For example, the output of the noise reduction unit is coupled to the input of the synthesis unit.

예를 들어, 시스템은 출력 스펙트럼 신호에 기초하여 적어도 하나의 호흡 파라미터를 계산하는 호흡 분석 유닛을 더 포함한다. 예를 들어, 잡음 감소 유닛의 출력 또는 스펙트럼 감산 유닛의 출력 또는 합성 유닛의 출력은 호흡 분석 유닛의 입력에 커플링될 수도 있다.For example, the system further includes a breath analysis unit that calculates at least one breathing parameter based on the output spectral signal. For example, the output of the noise reduction unit or the output of the spectral subtraction unit or the output of the synthesis unit may be coupled to the input of the breath analysis unit.

일 실시예에서, 시스템은 이득 함수의 상기 2차원 주파수 및 시간 필터링에서 사용된 필터 커널의 필터 커널 폭 및/또는 필터 커널 길이를 조정하는 필터 조정 유닛을 더 포함하고, 상기 조정은 이득 함수의 2차원 주파수 및 시간 필터링에 기초하여 획득되는 신호의 제 1 시간-주파수 영역에 포함된 신호 에너지와 제 2 시간-주파수 영역에 포함된 잡음 에너지 사이의 비율에 기초한다. 필터 조정 유닛은 상술한 바와 같이 필터 커널 폭 및/또는 필터 커널 길이를 조정하는 단계를 수행하도록 구성될 수도 있다.In one embodiment, the system further comprises a filter adjustment unit for adjusting the filter kernel width and / or the filter kernel length of the filter kernel used in the two-dimensional frequency and time filtering of the gain function, Is based on the ratio between the signal energy contained in the first time-frequency domain of the signal obtained based on the dimension frequency and time filtering and the noise energy contained in the second time-frequency domain. The filter adjustment unit may be configured to perform the step of adjusting the filter kernel width and / or the filter kernel length as described above.

본 발명의 이들 및 다른 양태들이 이하 설명되는 실시예들로부터 명백할 것이고 그 실시예들을 참조하여 예시될 것이다.These and other aspects of the invention will be apparent from and elucidated with reference to the embodiments described hereinafter.

도 1은 호흡 신호들을 프로세싱하는 시스템, 및 시스템에서의 데이터 흐름을 개략적으로 예시한 도면.
도 2는 비교예의 출력 신호 및 도 1의 시스템의 출력 신호의 호흡 신호의 음향 에너지를 예시하는 도면.
도 3은 수면중인 사람의 호흡 신호를 취득하는 셋업을 개략적으로 예시한 도면.
도 4는 호흡 신호들을 프로세싱하는 시스템의 다른 실시예를 개략적으로 예시한 도면.
1 schematically illustrates a system for processing respiratory signals, and a data flow in a system.
2 illustrates the acoustic energy of the output signal of the comparative example and the respiration signal of the output signal of the system of Fig.
Fig. 3 schematically illustrates a setup for acquiring a respiration signal of a sleeping person; Fig.
4 schematically illustrates another embodiment of a system for processing respiratory signals;

도 1은 호흡 신호들을 프로세싱하는 시스템을 예시적으로 도시한다. 호흡 신호들을 프로세싱하는 시스템 및 방법이 도 1을 참조하여 아래에 설명될 것이다.Figure 1 illustrates, by way of example, a system for processing respiratory signals. A system and method for processing respiratory signals will be described below with reference to FIG.

도 1에서, 신호 또는 데이터 흐름이 화살표들에 의해 개략적으로 예시된다. 가는 선 화살표가 시간 도메인에서의 신호, 또는 명시적으로 언급되면, 하나 이상의 파라미터들을 예시한다. 두꺼운 윤곽의 화살표들은 시간 도메인에서의 데이터 블록들 또는 주파수 도메인에서의 데이터 블록들의 흐름을 기호로 나타낸다.In Figure 1, the signal or data flow is schematically illustrated by the arrows. A thin line arrow illustrates one or more parameters, if signaled in the time domain, or explicitly referred to. Thick contour arrows symbolize the flow of data blocks in the time domain or data blocks in the frequency domain.

수면중인 사람으로부터 예를 들어, 50cm의 거리에 위치된 마이크로폰에 의해 캡처된 호흡 신호(10)가 샘플러 또는 샘플링 유닛(12)에 의해 샘플링되어 시간-블록들에 배열된다. 예를 들어, 샘플링 주파수는 8kHz이다. 8kHz의 샘플링 레이트는 호흡 신호에서의 호흡 사운드들의 관련 정보를 유지하는데 충분하다. 예를 들어, 신호는 B개의 샘플들의 연속 블록들로 변환된다. 예를 들어, B=256이다.Respiration signals 10 captured by a microphone located at a distance of, for example, 50 cm from the person sleeping are sampled by the sampler or sampling unit 12 and arranged in time-blocks. For example, the sampling frequency is 8 kHz. A sampling rate of 8 kHz is sufficient to maintain relevant information of respiratory sounds in the respiration signal. For example, the signal is converted into consecutive blocks of B samples. For example, B = 256.

샘플링 유닛(12)의 출력은 적어도 하나의 이전의 블록으로부터의 샘플들과 현재 블록의 샘플들을 연접함으로써 연속 시간-블록들 또는 M개의 샘플들의 블록들을 구성하는 블록 연접 및 윈도잉 유닛(14)의 입력에 커플링된다. 예를 들어, 현재의 블록의 샘플들은 M개의 샘플들에 대해 이전의 블록의 샘플들과 연접되고, 여기서 M=2B이다. 예를 들어, M=512이다.The output of the sampling unit 12 is an output of the block concatenation and windowing unit 14 which constitutes successive time-blocks or blocks of M samples by concatenating samples of the current block with samples from at least one previous block Coupled to the input. For example, samples of the current block are concatenated with samples of the previous block for M samples, where M = 2B. For example, M = 512.

예를 들어, 블록의 M개의 샘플들은 상승 코사인 윈도우로서 또한 알려진 핸 윈도우(Hann window)에 의해 윈도잉된다.For example, M samples of a block are windowed by a Hann window, also known as a raised cosine window.

유닛(14)의 출력은 스펙트럼 분석 유닛(16)의 입력에 커플링된다. 예를 들어, 유닛(16)은 FFT 연산을 사용하여 M개의 샘플들의 블록을 주파수 도메인으로 변환한다. 따라서, 유닛(16)은 M개의 주파수-빈들을 갖는 복합 스펙트럼의 연속 오버랩하는 시간-블록들의 형태의 스펙트럼 호흡 신호(18)를 출력한다. 유닛(16)의 출력은 크기 스펙트럼 계산 유닛(20)의 입력에 커플링된다. 유닛(20)은 스펙트럼 신호(18)의 복합 주파수 스펙트럼을 M/2+1개의 주파수 빈들을 갖는 크기 스펙트럼 신호(22)로 변환한다. 예를 들어, 15.625Hz의 주파수 분해능에서 M/2+1=257이다.The output of unit 14 is coupled to the input of spectral analysis unit 16. [ For example, unit 16 uses a FFT operation to transform a block of M samples into the frequency domain. Thus, the unit 16 outputs the spectral respiration signal 18 in the form of continuous overlapping time-blocks of the composite spectrum with M frequency-bins. The output of the unit 16 is coupled to the input of the magnitude spectrum calculation unit 20. The unit 20 converts the complex frequency spectrum of the spectrum signal 18 into a magnitude spectrum signal 22 having M / 2 + 1 frequency bins. For example, M / 2 + 1 = 257 at a frequency resolution of 15.625 Hz.

유닛(20)의 출력은 잡음 추정 유닛(24)의 입력 및 이득 함수 계산 유닛(26)의 입력에 커플링된다.The output of the unit 20 is coupled to the input of the noise estimation unit 24 and the input of the gain function calculation unit 26.

잡음 추정 유닛(24)은 스펙트럼 잡음 플로어를 추정하여, 크기 잡음 스펙트럼 신호(28)를 이득 함수 계산 유닛(26)으로 출력한다. 따라서, 유닛(24)의 출력은 유닛(26)의 다른 입력에 커플링된다. 예를 들어, 잡음은 크기 스펙트럼 신호(22)의 여러 연속 시간 블록들을 통해 평균화함으로써 추정된다. 예를 들어, 신호(22)의 블록들의 수는 10초 이상의 시간 주기에 대응할 수도 있다.The noise estimation unit 24 estimates the spectral noise floor and outputs the magnitude noise spectrum signal 28 to the gain function calculation unit 26. [ Thus, the output of unit 24 is coupled to the other input of unit 26. For example, the noise is estimated by averaging over several successive time blocks of the magnitude spectrum signal 22. For example, the number of blocks of signal 22 may correspond to a time period of 10 seconds or more.

유닛(26)은 크기 스펙트럼 신호(22) 및 추정된 크기 잡음 스펙트럼 신호(28)에 기초하여 이득 함수(30)를 계산한다. 예를 들어, 이득 함수(30)는 0과 1 사이의 스펙트럼 값들 및 M/2+1의 블록 사이즈를 갖는 스펙트럼의 연속 블록들의 형태를 갖는다.Unit 26 calculates the gain function 30 based on the magnitude spectrum signal 22 and the estimated magnitude noise spectrum signal 28. [ For example, the gain function 30 has the form of consecutive blocks of spectrum having spectral values between 0 and 1 and a block size of M / 2 + 1.

잡음의 스펙트럼 감산을 위한 이득 함수의 계산은 예를 들어, 스피치 향상(speech enhancement)의 기술에서와 같이 알려져 있다. 일반적으로, 이득 함수는 잡음의 스펙트럼 감산이 주파수 도메인에서 이득 함수(30)로 스펙트럼 신호(18)를 승산함으로써 수행될 수도 있도록 계산된다. 예를 들어, 스펙트럼 또는 이득 함수(30)는

Figure 112012009045982-pct00001
로서 계산될 수도 있고, 여기서, X는 스펙트럼 호흡 신호(18)이고, W는 추정된 잡음 스펙트럼 신호이고, n=0, ..., M/2+1이다. 여기서,
Figure 112012009045982-pct00002
는 잡음 감소량을 제한하기 위한 소위 스펙트럼 플로어이다.
Figure 112012009045982-pct00003
이면, 최대 잡음 감소량이 획득된다.Calculation of the gain function for spectral subtraction of noise is known, for example, as in the description of speech enhancement. Generally, the gain function is calculated such that the spectral subtraction of the noise may be performed by multiplying the spectral signal 18 with the gain function 30 in the frequency domain. For example, the spectral or gain function 30
Figure 112012009045982-pct00001
Where X is the spectral respiration signal 18, W is the estimated noise spectral signal, and n = 0, ..., M / 2 + 1. here,
Figure 112012009045982-pct00002
Is a so-called spectrum floor for limiting the amount of noise reduction.
Figure 112012009045982-pct00003
, The maximum noise reduction amount is obtained.

유닛(26)에 의해 출력된 스펙트럼 또는 이득 함수(30)는 필터링 유닛(32), 예를 들어, 2D 중간 필터링 유닛에 입력된다. 예를 들어, 필터링 유닛(32)은 이득 함수 또는 스펙트럼(30)의 2차원 주파수 및 시간 중간 필터링을 수행한다. 예를 들어, 필터링 유닛(32)은 7개의 주파수 빈들의 폭 및 7개의 시간 블록들의 길이를 갖는 중간 필터링 커널을 갖는다. 중간 필터링에서, M/2+1개의 주파수 빈들로부터 M개의 주파수 빈들로의 확장은 주파수 스펙트럼의 미러링(mirroring)에 의해 수행된다. 필터링 유닛(32)은 필터링된 이득 함수(34)를 출력한다.The spectral or gain function 30 output by the unit 26 is input to a filtering unit 32, for example, a 2D intermediate filtering unit. For example, the filtering unit 32 performs a two-dimensional frequency and temporal median filtering of the gain function or spectrum 30. For example, the filtering unit 32 has an intermediate filtering kernel with a width of seven frequency bins and a length of seven time blocks. In the intermediate filtering, the extension from M / 2 + 1 frequency bins to M frequency bins is performed by mirroring the frequency spectrum. The filtering unit 32 outputs the filtered gain function 34. [

유닛(32) 및 유닛(16)의 출력은 스펙트럼 신호(18) 및 필터링된 이득 함수(34)를 승산하는 스펙트럼 승산 유닛(36)의 입력들에 커플링되어서, 추정된 잡음의 스펙트럼 감산을 수행한다. 이에 의해, 출력 스펙트럼 신호(38)가 생성된다.The outputs of unit 32 and unit 16 are coupled to the inputs of spectral multiplication unit 36 that multiply spectral signal 18 and filtered gain function 34 to perform a spectral subtraction of the estimated noise do. Thereby, the output spectrum signal 38 is generated.

유닛(36)의 출력은 예를 들어, IFFT를 수행함으로써 출력 스펙트럼 신호(38)를 시간 도메인으로 변환하는 합성 유닛(40)의 입력에 커플링된다.The output of unit 36 is coupled to an input of a synthesis unit 40 that converts the output spectrum signal 38 into a time domain, for example, by performing an IFFT.

따라서, 유닛들(20, 24, 26, 32 및 36)은 스펙트럼 신호(18)에 대한 잡음 감소 연산을 수행하는 잡음 감소 유닛을 형성하여, 출력 스펙트럼 신호(38)를 계산한다.Thus, the units 20, 24, 26, 32, and 36 form a noise reduction unit that performs a noise reduction operation on the spectrum signal 18 to calculate the output spectrum signal 38.

유닛(40)의 출력은 유닛(40)으로부터 수신된 M개의 샘플들의 블록들의 오버랩하는 부분들의 가산에 기초하여 B개의 샘플들의 블록들을 계산하는 블록 오버랩 및 가산 유닛(42)의 입력에 커플링된다. 예를 들어, 상기 B개의 샘플들의 블록들은 오버랩하지 않는 연속 블록들이다. 유닛(42)에 의해 출력된 블록들은 컨버터 유닛(44)에 의해, 출력 신호(46)를 형성하는 연속 샘플들의 시퀀스로 변환된다. 예를 들어, 컨버터 유닛(44)은 다운-샘플링을 수행한다. 따라서, 출력 신호(46)는 샘플링 유닛(12)의 샘플링 주파수 보다 낮은 샘플링 주파수를 가질 수도 있다.The output of unit 40 is coupled to an input of a block overlap and adder unit 42 that calculates blocks of B samples based on the addition of overlapping portions of the blocks of M samples received from unit 40 . For example, the blocks of the B samples are contiguous blocks that do not overlap. The blocks output by the unit 42 are converted by the converter unit 44 into a sequence of successive samples forming the output signal 46. For example, the converter unit 44 performs down-sampling. Thus, the output signal 46 may have a sampling frequency that is lower than the sampling frequency of the sampling unit 12.

예를 들어, 컨버터 유닛(44)의 출력은 출력 신호(46)에 기초하여 적어도 하나의 호흡 파라미터(50)를 계산하는 호흡 신호 평가 유닛(48)에 입력된다. 호흡 파라미터는 예를 들어, 호흡률일 수도 있다. 예를 들어, 호흡 신호 평가 유닛(48)은 당업계에 공지되어 있는 바와 같은 방식으로 출력 신호(46)로부터 호흡률을 계산한다.For example, the output of the converter unit 44 is input to the respiration signal evaluation unit 48, which calculates at least one breathing parameter 50 based on the output signal 46. The respiratory parameter may be, for example, the respiratory rate. For example, the respiration signal evaluation unit 48 calculates the respiration rate from the output signal 46 in a manner known in the art.

예를 들어, 호흡 신호들을 프로세싱하는 시스템은 상술한 방법을 수행하도록 구성된 컴퓨터 프로그램을 실행하는 프로세서를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 프로세서 및/또는 컴퓨터 프로그램은 유닛들(12, 14, 16, 20, 24, 26, 28, 32, 36, 40, 42, 44 및/또는 48)과 같은 상술한 유닛들 중 하나 이상을 포함할 수도 있고/있거나 형성할 수도 있다. 예를 들어, 프로세서 및/또는 컴퓨터 프로그램은 상술한 방법을 수행하도록 구성된 컴퓨터의 일부일 수도 있다.For example, a system for processing respiratory signals may include a processor executing a computer program configured to perform the methods described above. For example, a processor and / or computer program may be implemented as part of one of the aforementioned units, such as units 12, 14, 16, 20, 24, 26, 28, 32, 36, 40, 42, 44 and / And / or may be formed. For example, the processor and / or computer program may be part of a computer configured to perform the methods described above.

도 2는 시간을 통해 신호의 음향 에너지를 표현하는 도면(A)을 도시한다. 음향 에너지는 도 1의 시스템의 샘플링 유닛(12)에 의해 출력된 신호 값들을 칭하는 임의의 단위로 도시된다.Figure 2 shows a diagram (A) depicting the acoustic energy of a signal over time. The acoustic energy is shown in any unit that refers to the signal values output by the sampling unit 12 of the system of FIG.

도면(A)은 대략 24초에 걸쳐 호흡하는 사람의 호흡 신호의 실생활 기록을 도시한다. 호흡 신호는 호흡하는 사람으로부터 대략 50cm에 위치되는 마이크로폰을 사용하여 기록된다. 샘플 레이트는 800Hz이고, B=256 및 M=512의 값들이 사용되었다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 신호 대 잡음비는 불량하고, 호흡의 사운드들을 눈으로 볼 수 없다.Figure (A) shows a real-life record of the respiration signal of a person breathing over approximately 24 seconds. The breathing signal is recorded using a microphone located approximately 50 cm from the breathing person. The sample rate was 800 Hz and values of B = 256 and M = 512 were used. As can be seen in the figure, the signal-to-noise ratio is poor, and the sounds of breathing are invisible.

비교예로서, 도면(B)은 도 1에 도시된 바와 같은 시스템으로부터 획득되지만, 유닛(32)에 의한 중간 필터링을 수행하지 않는 출력 신호를 도시한다. 따라서, 도면(B)은 추정된 잡음의 종래의 스펙트럼 감산의 결과를 도시한다. 스펙트럼 감산 방법이 시간 및 주파수 양자에서 매우 확률적인 특징을 갖는 출력 신호에서의 악음들을 일으킨다는 것이 발견되었다. 이들 악음들 또는 이상치들 중 일부를 도면(B)에서 볼 수 있다. 이러한 이상치들은 호흡 신호 평가 유닛 또는 절차에 의해 호흡으로서 쉽게 잘못 분류될 수 있다.As a comparative example, Figure B shows an output signal obtained from the system as shown in Figure 1, but not performing the intermediate filtering by the unit 32. [ Thus, Figure (B) shows the result of the conventional spectral subtraction of the estimated noise. It has been found that the spectral subtraction method produces musical tones in the output signal with very stochastic characteristics both in time and frequency. Some of these tones or outliers can be seen in FIG. These outliers can be easily misclassified as respiration by a respiratory signal evaluation unit or procedure.

도면(C)은 2D 중간 필터링 유닛(32)을 포함하는 도 1의 시스템으로 도면(A)의 호흡 신호를 프로세싱한 결과를 도시한다. 7개의 주파수 빈들 × 7개의 시간-블록들의 커널 사이즈가 도면(C)에 도시된 출력 신호(46)를 획득하기 위해 사용되었다. 알 수 있는 바와 같이, 악음들이 효율적으로 제거된다. 따라서, 유닛(48)에 의한 호흡 파라미터들의 분류 및 추출이 향상될 수 있다.FIG. 5C shows the result of processing the breathing signal of FIG. A with the system of FIG. 1 including a 2D intermediate filtering unit 32. The kernel size of the seven frequency bins x seven time-blocks was used to obtain the output signal 46 shown in Fig. As can be seen, the voices are efficiently removed. Thus, classification and extraction of respiratory parameters by the unit 48 can be improved.

호흡이 시간에 따라 매우 느리게 증가하고 감소하며, 호흡의 주파수 콘텐츠가 예를 들어, 스피치의 모음(vowel)들에 존재하는 매우 큰 피크들 및 밸리들 등을 또한 나타내지 않기 때문에, 중간 필터링은 호흡 사운드들을 지나치게 왜곡시키지 않고 2차원에서 수행될 수도 있다.Since the respiration increases and decreases very slowly with time and since the frequency content of the respiration also does not indicate very large peaks and valleys present in the vowels of speech, May be performed in two dimensions without excessive distortion.

도 3은 수면중인 사람(54)의 근처에 배치된 하나 이상의 마이크로폰들(52)을 사용하여 호흡 신호(10)를 캡처하는 가능한 셋업을 개략적으로 도시한다. 예를 들어, 2개의 마이크로폰들(52)이 침대의 정면 코너에 배치된다. 상이한 위치들에서 2개의 마이크로폰들을 사용하는 것은, 수면중인 사람(54)의 위치들에서의 변화들의 수용을 허용한다. 예를 들어, 상술한 방법은 상이한 마이크로폰들(52)에 대응하는 2개의 호흡 신호들(10)에 대해 수행될 수도 있고, 더 높은 신호 대 잡음비를 갖는 호흡 신호가 적어도 하나의 호흡 파라미터를 계산하기 위해 선택될 수도 있다.FIG. 3 schematically shows a possible setup for capturing the breathing signal 10 using one or more microphones 52 disposed in the vicinity of the sleeping person 54. For example, two microphones 52 are placed in the front corner of the bed. Using two microphones at different positions allows acceptance of changes in the positions of the sleeping person 54. [ For example, the method described above may be performed on two respiration signals 10 corresponding to different microphones 52, and a respiration signal having a higher signal-to-noise ratio may be used to calculate at least one respiratory parameter . ≪ / RTI >

도 4는 잡음 감소 유닛이 필터 조정 유닛(56)을 더 포함한다는 점에서 도 1의 시스템과는 상이한 호흡 신호들을 프로세싱하는 시스템의 다른 실시예를 도시한다. 이득 함수 계산 유닛(26)의 출력은 필터 조정 유닛(56)의 입력에 커플링된다. 필터 조정 유닛(56)은 필터링 유닛(32)에 의해 사용될 필터 파라미터들, 특히, 필터 커널 폭(

Figure 112012009045982-pct00004
) 및 필터 커널 길이(
Figure 112012009045982-pct00005
)를 결정한다. 유닛(56)의 파라미터 출력들은 유닛(32)의 파라미터 입력들에 커플링된다.4 illustrates another embodiment of a system for processing respiratory signals that is different from the system of Fig. 1 in that the noise reduction unit further includes a filter adjustment unit 56. Fig. The output of the gain function calculation unit 26 is coupled to the input of the filter adjustment unit 56. The filter adjustment unit 56 is configured to adjust the filter parameters to be used by the filtering unit 32,
Figure 112012009045982-pct00004
) And filter kernel length (
Figure 112012009045982-pct00005
). The parameter outputs of unit 56 are coupled to the parameter inputs of unit 32.

다수의 주파수 빈들의 폭 및 다수의 시간 블록들의 길이에 대응하는 커널 사이즈는 필터링의 모델 차수로서 해석될 수도 있다. 따라서,

Figure 112012009045982-pct00006
는 주파수에 대한 모델 차수이고
Figure 112012009045982-pct00007
는 시간에 대한 모델 차수이다.The kernel size corresponding to the width of the plurality of frequency bins and the length of the plurality of time blocks may be interpreted as the model degree of filtering. therefore,
Figure 112012009045982-pct00006
Is the model order for the frequency
Figure 112012009045982-pct00007
Is the model order for time.

유닛(32)에 의해 사용된 필터 커널의 필터 커널 폭(

Figure 112012009045982-pct00008
) 및 필터 커널 길이를 조정하기 위해, 유닛(56)은 아래의 계산 단계들을 수행한다.The filter kernel width of the filter kernels used by unit 32 (
Figure 112012009045982-pct00008
) And the filter kernel length, the unit 56 performs the following calculation steps.

유닛(56)은 원하는 신호, 즉, 호흡 사운드의 신호 에너지를 계산하기 위해 제 1 시간 범위를 결정한다. 예를 들어, 이득 함수의 신호 에너지가 최대에 도달하는 검출 모멘트(t)가 결정된다. 예를 들어, 제 1 시간 범위는 [t-0.25, t+0.25]로 설정되고, 여기서, 시간 값들은 초 단위로 제공된다.Unit 56 determines a first time range to calculate the desired signal, i. E., The signal energy of the breathing sound. For example, the detection moment t at which the signal energy of the gain function reaches a maximum is determined. For example, the first time range is set to [t-0.25, t + 0.25], where time values are provided in seconds.

예를 들어, 제 2 시간 범위가 잡음 신호의 신호 에너지를 계산하기 위해 결정된다. 예를 들어, 제 2 시간 범위는 [t-0.75, t-0.25]로 설정된다.For example, a second time range is determined to calculate the signal energy of the noise signal. For example, the second time range is set to [t-0.75, t-0.25].

예를 들어, 이득 함수의 2차원 주파수 및 시간 필터링은 그 후, 유닛(32)에 의해 현재 사용된 것과 동일한 커널 사이즈를 갖는 테스트 필터 커널을 사용하여 수행되어서, 필터링된 신호를 생성한다.For example, the two-dimensional frequency and time filtering of the gain function is then performed using a test filter kernel having the same kernel size currently used by unit 32 to generate the filtered signal.

예를 들어, 신호의 제 1 시간 범위 및 예를 들어, 0 내지 2kHz의 제 1 또는 더 낮은 주파수 범위에 포함된 신호 에너지가 계산되고, 제 2 시간 범위 및 2 내지 4kHz의 제 2 또는 더 높은 주파수 범위에 포함된 신호 에너지가 계산되며, 2개의 신호 에너지 값들 사이의 비율이 계산된다.For example, signal energy included in a first time range of the signal and a first or lower frequency range of, for example, 0 to 2 kHz is calculated and a second or higher frequency of 2 to 4 kHz The signal energy contained in the range is calculated, and the ratio between the two signal energy values is calculated.

이러한 비율이 특정한 문턱값보다 크면, 호흡 사운드가 존재한다는 것이 가정된다. 그러나, 비율이 문턱값보다 작으면, 이것은 설명된 악음들이 더 높은 주파수 범위에 존재한다는 것을 나타낸다. 따라서, 잡음 감소는 불충분하다.If this ratio is greater than a certain threshold, it is assumed that there is a breathing sound. However, if the ratio is less than the threshold value, this indicates that the described musical tones are in the higher frequency range. Therefore, the noise reduction is insufficient.

불충분한 잡음 감소의 경우에서, 예를 들어, 테스트 필터 커널로 이득 함수를 필터링하는 단계 및 상기 비율을 결정하는 단계는 상이한 커널 사이즈의 하나 이상의 테스트 필터 커널들에 대해 반복될 수도 있고, 최적의 커널 사이즈가 선택될 수도 있다. 그 후, 선택된 커널 필터 폭(

Figure 112012009045982-pct00009
) 및 커널 필터 길이(
Figure 112012009045982-pct00010
)가 필터링 유닛들(32)로 출력된다.In the case of insufficient noise reduction, for example, filtering the gain function with the test filter kernel and determining the rate may be repeated for one or more test filter kernels of different kernel sizes, The size may be selected. Thereafter, the selected kernel filter width (
Figure 112012009045982-pct00009
) And kernel filter length (
Figure 112012009045982-pct00010
Are output to the filtering units 32. [

예를 들어, 상기 비율은 커널 사이즈들 또는 커널 차수들

Figure 112012009045982-pct00011
Figure 112012009045982-pct00012
의 테스트 필터 커널들을 사용하여 결정될 수도 있고, 여기서,
Figure 112012009045982-pct00013
는 현재 커널 사이즈이다. 예를 들어, 최적의 비율을 갖는 커널 차수가 새로운 커널 사이즈로서 선택될 수도 있다.For example, the ratio may be a function of kernel sizes or kernel orders
Figure 112012009045982-pct00011
Figure 112012009045982-pct00012
May be determined using test filter kernels of < RTI ID = 0.0 >
Figure 112012009045982-pct00013
Is the current kernel size. For example, a kernel order with an optimal ratio may be selected as the new kernel size.

예를 들어, 제 1 및 제 2 시간 범위들을 결정하고 각각의 시간 범위들에 대한 상기 비율을 결정하는 상술한 단계들은 다수의 호흡들에 대해 반복될 수도 있고, 비율은 상기 다수의 호흡들에 걸쳐 평균화될 수도 있다.For example, the above-described steps of determining the first and second time ranges and determining the ratio for each of the time ranges may be repeated for a plurality of breaths, and the ratio may vary over the plurality of breaths May be averaged.

예를 들어, 유닛(56)은 시간 및 주파수 양자에 대해 모델 차수를 낮출 수도 있고, 즉, 특정한 시간이 경과된 이후, 예를 들어, 10분 마다 필터 커널 폭 및 길이를 예를 들어, 1의 값 만큼 감소시킬 수도 있다. 따라서, 시간에 걸친 모델 차수의 누출이 적용될 수도 있다. 이것은, 상이한 사이즈들의 테스트 필터 커널들을 사용함으로써 상기 비율들을 결정하는데 있어서, 유닛(32)에서 현재 사용된 필터 커널 보다 큰 필터 커널 폭 및/또는 큰 필터 커널 길이를 갖는 테스트 필터 커널들만이 테스트되는 경우에 특히 유용하다.For example, the unit 56 may lower the model order for both time and frequency, i. E. After a certain time has elapsed, for example, every 10 minutes, the filter kernel width and length may be, for example, Value. Thus, leaks of model orders over time may be applied. This is because when only the test filter kernels having a larger filter kernel width and / or a larger filter kernel length than the currently used filter kernel in unit 32 are tested in determining the ratios by using test filter kernels of different sizes .

상술한 바와 같이 필터 커널 폭 및/또는 필터 커널 길이를 조정하는 것은, 개개의 사람에 대한 최적의 필터 커널 사이즈, 사람의 호흡 조건 및/또는 음향 조건의 결정을 허용한다. 따라서, 호흡 파라미터(들)(50)의 계산이 향상될 수도 있다.Adjusting the filter kernel width and / or the filter kernel length as described above allows determination of the optimal filter kernel size, human respiratory condition, and / or acoustic condition for the individual person. Thus, the calculation of breathing parameter (s) 50 may be improved.

도면들 및 상술한 설명에서 본 발명을 상세히 예시하고 설명하였지만, 이러한 예시 및 설명은 제한이 아닌 구체적이고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명은 개시된 실시예들로 제한되지 않는다.While the invention has been illustrated and described in detail in the drawings and foregoing description, such illustration and description should be regarded as illustrative and not in a limiting sense. The present invention is not limited to the disclosed embodiments.

개시된 실시예들에 대해 변경물들이 도면들, 개시물, 및 첨부한 청구범위의 검토로부터 청구된 발명을 실시하는데 있어서 당업자에 의해 이해되고 실시될 수 있다.Modifications to the disclosed embodiments may be understood and effected by those skilled in the art in practicing the claimed invention from a review of the drawings, the disclosure, and the appended claims.

청구범위에서, 단어 "포함하는"은 다른 엘리먼트들 또는 단계들을 배제하지 않고, 부정관사 "a" 또는 "an"은 복수를 배제하지 않는다. 청구범위에서의 임의의 참조 부호들이 범위를 제한하는 것으로서 해석되지 않아야 한다.In the claims, the word "comprising" does not exclude other elements or steps, and the indefinite article "a" or "an" does not exclude a plurality. Any reference signs in the claims should not be construed as limiting the scope.

Claims (14)

호흡 신호들을 프로세싱하는 방법으로서,
- 출력 스펙트럼 신호(38)를 계산하기 위해 스펙트럼 호흡 신호(18)에 대해, 스펙트럼 감산을 사용하는 잡음 감소 연산을 수행하는 단계; 및
- 상기 잡음 감소 연산을 수행하는 단계의 상기 스펙트럼 감산에서 사용된 이득 함수(30)의 2차원 주파수 및 시간 필터링(32)을 수행하는 단계를 포함하고,
상기 이득 함수(30)는 추정된 잡음 및 상기 스펙트럼 호흡 신호에 기초하여 계산된 크기 스펙트럼 신호에 기초하여 계산되고, 상기 이득 함수의 상기 2차원 주파수 및 시간 필터링은 적어도 0.05초의 시간-스팬 및 적어도 40Hz의 주파수-스팬에 대응하는 필터 커널로 수행되는, 호흡 신호들을 프로세싱하는 방법.
CLAIMS What is claimed is: 1. A method for processing respiratory signals,
- performing, on the spectral respiration signal (18), a noise reduction operation using spectral subtraction to compute an output spectral signal (38); And
- performing two-dimensional frequency and time filtering (32) of the gain function (30) used in said spectral subtraction of performing said noise reduction operation,
Wherein the gain function (30) is calculated based on the estimated noise and the magnitude spectrum signal calculated based on the spectral respiration signal, and wherein the two-dimensional frequency and time filtering of the gain function is at least 0.05 second time- Of the frequency-span of the breathing signals.
제 1 항에 있어서,
상기 이득 함수(30)의 상기 2차원 주파수 및 시간 필터링(32)은 2차원 주파수 및 시간 평균 또는 중간 필터링인, 호흡 신호들을 프로세싱하는 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the two-dimensional frequency and time filtering (32) of the gain function (30) is two-dimensional frequency and time-averaged or median filtering.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
- 호흡 신호(10)에 기초하여 상기 스펙트럼 호흡 신호(18)를 계산하는 단계를 더 포함하는, 호흡 신호들을 프로세싱하는 방법.
3. The method according to claim 1 or 2,
- calculating the spectral respiration signal (18) based on the respiration signal (10).
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
- 상기 출력 스펙트럼 신호(38)에 기초하여 적어도 하나의 호흡 파라미터(50)를 계산하는 단계를 더 포함하는, 호흡 신호들을 프로세싱하는 방법.
3. The method according to claim 1 or 2,
- calculating at least one breathing parameter (50) based on said output spectral signal (38).
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 잡음 감소 연산은,
- 상기 스펙트럼 호흡 신호(18)에 기초하여 크기 스펙트럼 신호(22)를 계산하는 단계;
- 추정된 잡음(24) 및 상기 크기 스펙트럼 신호(22)에 기초하여 이득 함수(30)를 계산하는 단계;
- 상기 이득 함수(30)의 2차원 주파수 및 시간 필터링(32)을 수행하는 단계; 및
- 상기 스펙트럼 호흡 신호(18)를 필터링된 이득 함수(34)와 승산함으로써 출력 스펙트럼 신호(38)를 계산하는 단계를 포함하는, 호흡 신호들을 프로세싱하는 방법.
3. The method according to claim 1 or 2,
The noise reduction operation may include:
- calculating a magnitude spectrum signal (22) based on said spectral respiration signal (18);
- calculating a gain function (30) based on the estimated noise (24) and the magnitude spectrum signal (22);
Performing two-dimensional frequency and time filtering (32) of the gain function (30); And
- calculating the output spectrum signal (38) by multiplying the spectral respiration signal (18) with the filtered gain function (34).
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 이득 함수(30)의 상기 2차원 주파수 및 시간 필터링(32)에서 사용된 필터 커널의 필터 커널 폭 및 필터 커널 길이 중 적어도 하나를 조정하는 단계(56)를 더 포함하고,
상기 조정하는 단계는 상기 이득 함수의 2차원 주파수 및 시간 필터링에 기초하여 획득된 신호의 제 1 시간-주파수 영역에 포함된 신호 에너지와 제 2 시간-주파수 영역에 포함된 잡음 에너지 사이의 비율에 기초하는, 호흡 신호들을 프로세싱하는 방법.
3. The method according to claim 1 or 2,
Further comprising adjusting (56) at least one of a filter kernel width and a filter kernel length of the filter kernel used in the two-dimensional frequency and time filtering (32) of the gain function (30)
Wherein the adjusting is based on a ratio between signal energy included in a first time-frequency domain of a signal obtained based on two-dimensional frequency and time filtering of the gain function and noise energy included in a second time- / RTI > The method of claim 1, further comprising:
호흡 신호들을 프로세싱하는 시스템으로서,
- 스펙트럼 호흡 신호(18)에 대해 잡음 감소 연산을 수행함으로써 출력 스펙트럼 신호(38)를 계산하는 잡음 감소 유닛(20, 24, 26, 32, 36)으로서, 상기 잡음 감소 연산은 스펙트럼 감산을 사용하는, 상기 잡음 감소 유닛(20, 24, 26, 32, 36); 및
- 상기 스펙트럼 감산에서 사용된 이득 함수(30)의 2차원 주파수 및 시간 필터링을 수행하는 필터 유닛(32)을 포함하고,
상기 이득 함수(30)는 추정된 잡음, 및 상기 스펙트럼 호흡 신호에 기초하여 계산된 크기 스펙트럼 신호에 기초하여 계산되고, 상기 이득 함수의 상기 2차원 주파수 및 시간 필터링은 적어도 0.05초의 시간-스팬 및 적어도 40Hz의 주파수-스팬에 대응하는 필터 커널로 수행되는, 호흡 신호들을 프로세싱하는 시스템.
21. A system for processing respiratory signals,
- a noise reduction unit (20, 24, 26, 32, 36) for calculating an output spectrum signal (38) by performing a noise reduction operation on a spectrum respiration signal (18), said noise reduction operation using spectral subtraction , The noise reduction unit (20, 24, 26, 32, 36); And
- a filter unit (32) for performing two-dimensional frequency and time filtering of the gain function (30) used in said spectral subtraction,
Wherein the gain function (30) is calculated based on the estimated noise and a magnitude spectrum signal calculated based on the spectral respiration signal, and wherein the two-dimensional frequency and time filtering of the gain function is at least 0.05 second time- Wherein the filter kernel is implemented with a filter kernel corresponding to a frequency-span of 40 Hz.
제 7 항에 있어서,
- 호흡 신호(10)에 기초하여 상기 스펙트럼 호흡 신호(18)를 계산하는 스펙트럼 분석 유닛(16)을 더 포함하는, 호흡 신호들을 프로세싱하는 시스템.
8. The method of claim 7,
- a spectral analysis unit (16) for calculating the spectral respiration signal (18) based on a respiration signal (10).
제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
- 상기 이득 함수(30)의 상기 2차원 주파수 및 시간 필터링(32)에서 사용된 필터 커널의 필터 커널 폭 및 필터 커널 길이 중 적어도 하나를 조정하는 필터 조정 유닛(56)을 더 포함하고,
상기 조정은 상기 이득 함수의 2차원 주파수 및 시간 필터링에 기초하여 획득된 신호의 제 1 시간-주파수 영역에 포함된 신호 에너지와 제 2 시간-주파수 영역에 포함된 잡음 에너지 사이의 비율에 기초하는, 호흡 신호들을 프로세싱하는 시스템.
9. The method according to claim 7 or 8,
- a filter adjustment unit (56) for adjusting at least one of a filter kernel width and a filter kernel length of a filter kernel used in the two-dimensional frequency and time filtering (32) of the gain function (30)
Wherein the adjustment is based on a ratio between signal energy included in a first time-frequency domain of a signal obtained based on two-dimensional frequency and time filtering of the gain function and noise energy included in a second time- A system for processing respiratory signals.
컴퓨터상에 실행될 때 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 방법을 수행하는, 컴퓨터 프로그램이 기록되어 있는 컴퓨터 판독 가능 기록 매체.A computer-readable recording medium having recorded thereon a computer program for executing the method according to any one of claims 1 to 3 when executed on a computer. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
KR1020127003028A 2009-07-07 2010-07-02 Noise reduction of breathing signals KR101715709B1 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP09164723.0 2009-07-07
EP09164723 2009-07-07
PCT/IB2010/053042 WO2011004299A1 (en) 2009-07-07 2010-07-02 Noise reduction of breathing signals

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120034777A KR20120034777A (en) 2012-04-12
KR101715709B1 true KR101715709B1 (en) 2017-03-13

Family

ID=42731970

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020127003028A KR101715709B1 (en) 2009-07-07 2010-07-02 Noise reduction of breathing signals

Country Status (7)

Country Link
US (1) US8834386B2 (en)
EP (1) EP2451359B1 (en)
JP (1) JP5648052B2 (en)
KR (1) KR101715709B1 (en)
CN (1) CN102469978B (en)
BR (1) BR112012000273A8 (en)
WO (1) WO2011004299A1 (en)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014518729A (en) * 2011-05-30 2014-08-07 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ Apparatus and method for detection of body posture while sleeping
JP6014259B2 (en) * 2012-08-01 2016-10-25 ドルビー ラボラトリーズ ライセンシング コーポレイション Percentile filtering of noise reduction gain
JP6432970B2 (en) * 2013-09-27 2018-12-05 公立大学法人奈良県立医科大学 Respiration monitoring apparatus and respiration monitoring method
CN105078505B (en) * 2014-04-24 2018-01-23 重庆融海超声医学工程研究中心有限公司 Physiological single processing method and processing unit
CN106999143B (en) * 2014-12-12 2020-08-04 皇家飞利浦有限公司 Acoustic monitoring system, monitoring method and monitoring computer program
WO2016122143A1 (en) * 2015-01-28 2016-08-04 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and apparatus for improving and monitoring sleep
EP3389477B1 (en) 2015-12-16 2023-05-10 Dolby Laboratories Licensing Corporation Suppression of breath in audio signals
US10339911B2 (en) 2016-11-01 2019-07-02 Stryker Corporation Person support apparatuses with noise cancellation
CN110234279B (en) * 2016-12-28 2022-09-20 皇家飞利浦有限公司 Method for characterizing sleep disordered breathing
US10607590B2 (en) * 2017-09-05 2020-03-31 Fresenius Medical Care Holdings, Inc. Masking noises from medical devices, including dialysis machines
TWI813584B (en) * 2018-08-31 2023-09-01 逸陞有限公司 Indoor active noise reduction system
JP7122225B2 (en) * 2018-10-31 2022-08-19 エア・ウォーター・バイオデザイン株式会社 Processing device, system, processing method, and program

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007014501A (en) 2005-07-06 2007-01-25 Toshiba Corp Respiratory condition determining device, method and program

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4630305A (en) * 1985-07-01 1986-12-16 Motorola, Inc. Automatic gain selector for a noise suppression system
US4853903A (en) * 1988-10-19 1989-08-01 Mobil Oil Corporation Method and apparatus for removing sinusoidal noise from seismic data
US5797852A (en) 1993-02-04 1998-08-25 Local Silence, Inc. Sleep apnea screening and/or detecting apparatus and method
JP3484757B2 (en) * 1994-05-13 2004-01-06 ソニー株式会社 Noise reduction method and noise section detection method for voice signal
US5687243A (en) * 1995-09-29 1997-11-11 Motorola, Inc. Noise suppression apparatus and method
US5905757A (en) * 1996-10-04 1999-05-18 Motorola, Inc. Filter co-processor
US6549586B2 (en) * 1999-04-12 2003-04-15 Telefonaktiebolaget L M Ericsson System and method for dual microphone signal noise reduction using spectral subtraction
US6175602B1 (en) * 1998-05-27 2001-01-16 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Signal noise reduction by spectral subtraction using linear convolution and casual filtering
US6290654B1 (en) 1998-10-08 2001-09-18 Sleep Solutions, Inc. Obstructive sleep apnea detection apparatus and method using pattern recognition
US6487257B1 (en) * 1999-04-12 2002-11-26 Telefonaktiebolaget L M Ericsson Signal noise reduction by time-domain spectral subtraction using fixed filters
FI20025029A0 (en) * 2002-05-29 2002-05-29 Joni Kettunen A method for obtaining reliable respiratory activity information from heart rate measurement
CA2454296A1 (en) * 2003-12-29 2005-06-29 Nokia Corporation Method and device for speech enhancement in the presence of background noise
US20090024046A1 (en) 2004-04-04 2009-01-22 Ben Gurion University Of The Negev Research And Development Authority Apparatus and method for detection of one lung intubation by monitoring sounds
US7742914B2 (en) * 2005-03-07 2010-06-22 Daniel A. Kosek Audio spectral noise reduction method and apparatus
US9318119B2 (en) * 2005-09-02 2016-04-19 Nec Corporation Noise suppression using integrated frequency-domain signals
EP1982303A2 (en) * 2005-11-08 2008-10-22 Koninklijke Philips Electronics N.V. Method and system for filtering elongated features
EP1810618A1 (en) 2006-01-24 2007-07-25 Enel Produzione S.p.A. System and method of processing acoustic signals for the energy characterisation of the respiratory condition
FI120964B (en) 2007-02-15 2010-05-31 Smart Valley Software Oy Device and method for awakening a sleeping person at an appropriate time, connected to the waking time

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007014501A (en) 2005-07-06 2007-01-25 Toshiba Corp Respiratory condition determining device, method and program

Also Published As

Publication number Publication date
WO2011004299A1 (en) 2011-01-13
BR112012000273A2 (en) 2016-02-23
BR112012000273A8 (en) 2017-10-24
KR20120034777A (en) 2012-04-12
EP2451359A1 (en) 2012-05-16
JP2012532650A (en) 2012-12-20
US20120157870A1 (en) 2012-06-21
US8834386B2 (en) 2014-09-16
EP2451359B1 (en) 2017-09-06
JP5648052B2 (en) 2015-01-07
CN102469978B (en) 2015-07-15
CN102469978A (en) 2012-05-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101715709B1 (en) Noise reduction of breathing signals
US6290654B1 (en) Obstructive sleep apnea detection apparatus and method using pattern recognition
JP5177293B2 (en) Inspection device and program for sleep apnea syndrome
WO2005096931B1 (en) Non-invasive monitoring of respiratory rate, heart rate and apnea
KR101619611B1 (en) Apparatus and method for estimating of respiratory rates by microphone
Moussavi Fundamentals of respiratory sounds and analysis
WO2008041730A1 (en) Method and system for detecting wind noise
US11116478B2 (en) Diagnosis of pathologies using infrasonic signatures
Pourazad et al. Heart sound cancellation from lung sound recordings using time-frequency filtering
Zhang et al. A novel wheeze detection method for wearable monitoring systems
EP3678553B1 (en) Diagnosis of pathologies using infrasonic signatures
Reddy et al. Two microphones spectral-coherence based speech enhancement for hearing aids using smartphone as an assistive device
Lin et al. Wheeze recognition based on 2D bilateral filtering of spectrogram
WO2011114526A1 (en) Bruxism detection device, bruxism detection method, and computer program for detecting bruxism
CN108353226A (en) Voice signal control device, voice signal control method and recording medium
JP2008125595A (en) Biological information detecting device, sleeping environment control system and biological information detecting method
JP5614261B2 (en) Noise suppression device, noise suppression method, and program
Lee et al. Restoration of lung sound signals using a hybrid wavelet-based approach
JP2003510665A (en) Apparatus and method for de-esser using adaptive filtering algorithm
US20100210962A1 (en) Respiratory signal detection and time domain signal processing method and system
KR102242479B1 (en) Digital Breathing Stethoscope Method Using Skin Image
WO2020090763A1 (en) Processing device, system, processing method, and program
CN110634504A (en) Snore detection method and device
Yadollahi et al. On arithmetic misconceptions of spectral analysis of biological signals, in particular respiratory sounds
JP7122225B2 (en) Processing device, system, processing method, and program

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant